1.工程概况

本次工程为长距离输油管道工程，工程主体为Φ457mm钢管铺设，穿越长度496m。工程位于印度中部古纳市距市区约60km。Mansi Ganga工程建筑有限公司是该工程施工方，笔者以设备供应商技术服务参与了本次工程。

表-1主要设备机具及性能参数

图-1工程现场钻具布设情形

图-2穿越区域标定轴线位置

2.地形地貌

施工区域为平原地形，地势略有起伏。穿越入土点在河北岸，出土点在河南岸，出土点比入土点略高，高差约为0.5m。穿越河流水位较低，最深处约4m，流速缓。

3.地质条件

穿越区域地层从上至下依次为粉土，粉质粘土，卵石层，中风化玄武岩，弱风化玄武岩。河床面为玄武岩基岩，本次穿越轨迹水平段处于中风化和弱风化玄武岩地层中。岩石硬度60MPa~120MPa不等，岩性差异大。

图-3作业场地出露砾石
图-4补勘钻孔剖面图

表-2补堪勘察孔岩土基本属性参数

4.施工过程

设备于2011年11月22日进场，12月3日完成试钻等准备工作。设置入土角度为-20%，设计最大穿越深度为12.3m，造斜段角度变化控制在2%/根钻杆以内。

4.1导向孔施工

试钻较为顺利，从0至8米为粉土和粉质粘土，孔底钻具正常，泥浆压力表读数为3.5-4MPa。第7根钻杆达到岩层，角度为-14%，继续钻进，出现进尺缓慢、钻头迅速抬升情况，在3m进尺过程中倾角从-14%变化至-6%。笔者建议施工单位立即停止钻进，分析倾角出现异常波动原因。

原因分析：依据工程地质条件、现场司钻操作和导向数据分析得出以下结论：

1)交替地层（粘土层与中风化玄武岩）硬度差异过大，岩石钻具顺着较软粘土地层钻进，未能进入岩层；

2)钻机操作过程中给进速率过快，导致钻头没有足够时间切削岩层，无法形成台或吃进岩层；

3)泥浆泵流量过大，对钻头前端土体形成冲刷过大引导钻头沿着较软粘土地层钻进；

处理建议：钻孔报废，钻机移位，重新开始导向孔钻进。

现场状况：钻机前移5m，以-20%开始导向孔钻进，至第7根钻杆进入到岩层接触面时，调整面向角至6点，调小泥浆泵流量、降低推进力及速率，持续钻进。在进尺非常缓慢的情况下钻进6小时，而后继续往前钻进，钻孔倾角从-14%变化至-8%。超出角度变化允许范围。建议停止钻进并分析原因，以及之前钻进工况及现场，得出因三牙轮钻头与岩层接触面角度过小而无法有效碾磨切削岩层，导致无法钻入岩层。处理建议：钻孔报废，钻机移位，调整入土角至-25%，进行第三次导向孔钻进，在钻进至交替接触面时依然无法进入岩层。

4.2导向孔处理方案

依据4.1原因分析及多次导向孔钻进掌握信息，经与施工方技术员、业主及笔者多方讨论，商定采用以下导向钻进方案：采用人工开凿制造接触面，使三牙轮钻头与接触面夹角为90°，保证入岩成功。

根据实际情况，特殊问题采用特殊方案，决定在河岸护坡进行开挖，裸露岩层面，并人工开凿碎岩制造入岩面。再使用斜掌板导向头将导向轨迹打到预定位置，更换螺杆马达入岩继续导向。实践证明本方案确实可行，并行之有效。导向工作从2011年12月20日开始，由于岩石硬度较大，导向工作进度较慢，一个工作日12个小时，进尺只有30到40米。2012年1月6日导向轨迹穿过河面到达对岸，此时对岸河岸护坡发生严重冒浆，同时螺杆马达时有卡钻显现。预计为卵石层，为避免工程事故，决定停止钻进，进行开挖。

图-5入土点一侧多次导向孔钻进现场状况

4.3扩孔和管道回拖

扩孔和管道回拖阶段笔者未在现场，掌握信息如下：

于2012年1月10日开始扩孔，第一级使用Φ305mm岩石扩孔器，过程顺利，2月3日扩孔完成；2月5日开始Φ457mm扩孔，入孔后扭矩逐渐增大，进尺逐渐缓慢，11日扩至310米左右时，扭矩增加到28MPa，进尺几乎为零，推拉钻杆，扩头只能在3米范围内移动。位置在河岸护坡处，相对深度只有3米左右，决定开挖处理。3月30日开挖完成，发现扩头牙轮磨损严重，外部合金已全部遗失，扩头支架磨损严重，外径严重缩水，开挖出岩石扩孔器如图-6所示。

图-6被钻屑磨损严重的岩石扩孔器

分析认为在扩孔过程中未使用膨润土，导致孔内钻渣严重残留，第二级扩孔时，钻头与钻渣重复研磨，导致钻头严重损坏。

更换扩孔器后继续扩孔，4月30日Φ457mm扩孔完成。第三级采用Φ508mm扩孔器，至6月8日完成扩孔。清孔一次，6月25日顺利完成管道回拖。

5. 结论

施工区域属于印度洋板块与亚欧板块挤压抬起并形成陆地，表面土层为沉积形成，与岩层面接壤，粉土标贯数N在20左右，岩层为玄武岩，风化程度较弱，单轴抗压强度在110MPa以上，两种地层物理性质差异较大，螺杆钻具很难吃入岩石。因而需要准备相应的措施，包括人为制造接触面，增大推力轴线与接触面的角度，或者使用合适口径的套管，保证足够的支反力。其次印度岩层水平定向钻施工技术还未全面展开，本次工程由于承包方经验不足，接受了极其低廉的工程报价，导致了膨润土使用困难，造成孔内钻渣大量残留，扩孔器磨损严重，从而引发卡钻事故。

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